Un método para estudiar la dependencia de la temperatura de la dinámica de la fractura y fragmentación

El objetivo del siguiente experimento es desarrollar un método para estudiar la fractura dinámica y la fragmentación de un material bajo una alta tasa de deformación, carga de tracción para un rango de temperaturas de muestra iniciales. Esto se logra con una geometría de cilindro expansivo accionada por pistola de gas, donde la muestra toma la forma de un cilindro hueco que contiene un inserto de acero en forma de Jive en su interior, que es el aparato de control de temperatura. Como segundo paso, el cilindro objetivo se monta junto al extremo del cañón de la pistola de gas, y se instalan diagnósticos de simetría en V basados en láser para medir la velocidad de expansión en varios puntos a lo largo del cilindro y se utilizan imágenes de alta velocidad para rastrear la fractura, la iniciación y el crecimiento.

A continuación, el cilindro se lleva a la temperatura deseada y el proyectil de policarbonato se lanza al objetivo. El impacto resultante entre el proyectil y el inserto OJ hace que el policarbonato fluya hacia afuera y lleve al cilindro a una expansión radial uniforme, lo que crea un estado de tensión de tracción alrededor de la dirección circunferencial. La simetría vela y las imágenes de alta velocidad se pueden utilizar para determinar las características de falla por deformación y fragmentación del material con la temperatura, junto con el análisis de fragmentos para determinar los mecanismos de fractura.

La principal ventaja de esta técnica frente a otros métodos existentes, como la técnica clásica de invierno o el uso de explosivos o la rotura de Hopkins y barras por tracción, de forma que podemos estudiar el efecto de la temperatura inicial de la muestra sin afectar a factores experimentales como la carga o la velocidad de deformación en la muestra. Comience los preparativos para el experimento con un cilindro objetivo mecanizado a partir de la aleación de titanio titanio, 6% de aluminio, 4% de porcentaje de vanadio en peso o empate seis cuatro. El cilindro tiene 150 milímetros de largo con un diámetro interior de 50 milímetros y un espesor de pared de cuatro milímetros.

El acabado de la superficie debe estar libre de marcas de mecanizado y dejarse ligeramente difuso para su uso Con simetría vela Doppler de fotones, proceda a unir termopares a lo largo del cilindro. Comience a ensamblar el objetivo. Primero coloque el inserto de jugo de naranja en la parte trasera del cilindro y fíjelo en su lugar con los tornillos de agarre.

A continuación, coloque el cilindro y el conjunto O jive en el manguito de montaje. Asegúrelo con tornillos prisioneros. En este punto, instale el aparato de calefacción o refrigeración.

Para este experimento, coloque una carga resistiva de microma en la parte posterior del inserto O jive. Aquí está el ensamblaje final con los termopares para permitir la medición de la temperatura a lo largo del cilindro y las sondas demuestran la simetría aquí. El conjunto final del objetivo se muestra junto al proyectil de la pistola de gas para comparar.

Después de limpiar los conectores de la sonda, alinee aproximadamente las sondas con un láser visible, nuestro láser de 660 nanómetros ilumina a través de una sonda y sobre el cilindro para una alineación aproximadamente normal. Ajuste la sonda hasta que la luz reflejada vuelva a caer sobre la sonda. Proceda a una alineación más completa utilizando un láser de 1.550 nanómetros y un circulador óptico.

Para medir la cantidad de luz reflejada recolectada, ajuste cada sonda hasta alcanzar el valor máximo. Una vez que el objetivo esté listo, comience a trabajar con la pistola de gas. Coloque un tapón de alineación cuidadosamente mecanizado dentro del extremo del cañón.

A continuación, instale el conjunto de destino sobre el tapón y ajuste el montaje de destino hasta que el cilindro esté alineado. Coaxialmente con el cañón. Con el objetivo alineado, conecte la bobina de calentamiento a los cables de alta corriente y las fibras ópticas al sistema de simetría Doppler Vela de fotones.

Regrese al cañón para instalar un gatillo para el hardware de cronometraje. Coloque un par de gatillo en el extremo del cañón de modo que un proyectil complete un circuito al salir del cañón. A continuación, mida la distancia desde el gatillo hasta el punto de impacto en el O jive para permitir una estimación del tiempo de impacto.

En este punto, configure el sistema de imágenes de alta velocidad. Use espejos para transmitir imágenes a través del puerto óptico de la pistola de gas. Coloque las pistolas de flash para apuntar al cilindro desde el frente y hacia arriba.

Monta una cámara de alta velocidad fuera del tanque objetivo alineada y enfocada en el cilindro. El cilindro debería llenar casi el marco, dejando espacio para la expansión del cilindro. Cuando todo esté en orden, tome las precauciones de seguridad adecuadas para los láseres en el sistema de simetría vela Doppler de fotones.

A continuación, encienda el sistema de simetría vela y los osciloscopios, y compruebe la simetría vela. Niveles de potencia y alineación de la sonda. A continuación, utilice una tarjeta de visualización infrarroja para determinar la distancia desde la parte trasera del cilindro hasta donde se enfocan las sondas de simetría de vela.

Encienda el láser de referencia para comprobar la señal de cada canal. Establezca el ritmo de velocidad cero en cinco gigahercios. Después de una prueba final de todos los diagnósticos, retire el tapón de alineación y cierre el tanque.

Instale el proyectil, prepárese para disparar evacuando el tanque objetivo a alrededor de 50 mili y configurando el hardware de sincronización para que tenga imágenes y osciloscopio de alta velocidad. El tiempo cero coincide con el tiempo estimado de impacto. Encienda los láseres y arme los diagnósticos antes de asegurar la sala y pasar a la sala de control.

Desde la sala de control. Comience a calentar el objetivo a la temperatura deseada. Cuando se alcance la temperatura, cargue el arma a la presión de disparo deseada.

Una vez que esté a la presión de disparo, haga una revisión final. Apague la fuente de alimentación de la calefacción. Continúe con una cuenta regresiva y dispare 3, 2, 1.

Después de disparar, dobló la pistola de gas, guarde los datos de la cámara a medida que la pistola vuelve a la presión atmosférica. Cuando sea seguro continuar, regrese a la sala de armas, apague el láser y guarde los datos del osciloscopio. Continúe abriendo el tanque objetivo para recoger los escombros. Escombros.

Los escombros consistirán en Tie seis, cuatro y otros fragmentos de metal. Retire todos los fragmentos metálicos del tanque para su posterior extracción y análisis de la corbata seis cuatro. Este video de alta velocidad es de un cilindro de aleación de titanio a 150 K. La velocidad del proyectil fue de 1000 metros por segundo.

La cámara de encuadre recogió una imagen cada 10 microsegundos con una exposición de 0,7 microsegundos. La simetría de la vela Doppler Botone proporcionó los datos para este gráfico, que da la velocidad de expansión en función del tiempo. Las dos curvas sólidas son para el cilindro 150 K.

La curva negra es para la posición profesional. Aproximadamente en la punta del O jive, la curva roja es para un punto más atrás a lo largo del O jive. A modo de comparación, las curvas punteadas dan datos para un cilindro a 800 K. De nuevo, la curva negra está en la punta O jive, y la curva roja está más atrás.

El cilindro llamado tiene menos desaceleración después de la velocidad máxima, lo que sugiere una fractura iniciada antes. Aquí, las curvas de color sólido corresponden a la deformación radial acumulada en cuatro puntos a lo largo de la longitud del cilindro sostenido a 150 K. Los puntos y la línea punteada de conexión son el número de grietas visibles usando el eje a la derecha. Pues bien, estas imágenes del vídeo de alta velocidad permiten recopilar información sobre la activación temporal de la fractura.

Aquí, múltiples fracturas longitudinales son evidentes en el cilindro de 150 K siguiendo los procedimientos que hemos presentado aquí, como las imágenes de alta velocidad y las mediciones de velocidad. Un análisis cuidadoso de los fragmentos recuperados puede revelar los mecanismos de fractura que ocurren en la muestra responsable de la fragmentación.